Nature Biotechnology - 野生大豆泛基因组阐明遗传多样性与重要农艺性状

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近期，中国农业科学院作物科学研究所与诺禾致源合作在野生作物资源研究方面取得重大突破，在国际上率先构建和分析了一年生野生大豆的泛基因组，为作物种质资源研究和利用提供了新的方法和启示。该研究成果于2014年9月14日发表在在国际著名学术期刊《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)。

 

大豆是重要的油料和高蛋白粮饲兼用作物，近年来，我国乃至世界大豆育种难以取得突破性的进展、单产停滞不前，主要原因是目前大豆品种的遗传基础狭窄，匮乏的基因源成为制约栽培大豆育种研究的关键。

 

项目牵头人、中国农科院作科所邱丽娟研究员认为，通过十余年大豆核心种质构建及遗传多样性研究发现，对于高度自交的作物--大豆，一个基因组无法准确代表其物种基因的整体情况，泛基因组能够有效解决这样的问题。该研究选择了7份有代表性的野生大豆进行从头测序和独立组装，构建野生大豆泛基因组，通过基因集比较分析，占48.6%的核心基因反应了野生大豆的生物学特点；51.4%的非核心基因，在生物和非生物逆境相关途径上富集，反应了野生大豆的广泛适应性。

 

针对泛基因组，诺禾致源团队开发了一套基于全基因组序列比对的结构变异鉴定方法，率先在全基因组水平上全面解析了野生和栽培大豆种间遗传变异，特别是在阐明大豆种内/种间结构变异方面取得了突破，发现野生大豆特有、栽培大豆特有及驯化性状建成相关的基因/遗传变异千余个，其中野生大豆特有基因为首次报道。

 

此外，研究人员还发现野生大豆中与生物逆境抗性相关的R（抗病）基因类型远高于栽培大豆，可能是其抵御恶劣生存环境的内在原因之一。

该成果是首例重要作物泛基因组研究成果，为研究大豆的遗传多样性及进化历程提供了新的启示，奠定了解析重要驯化性状建成、发掘优异基因/标记的基础；同时为大豆种质资源的保护、开发、利用和拓宽大豆育成品种遗传基础、推进大豆新品种培育进程提供信息资源。

 

图1、7株野生大豆共有和特有基因集

图2、野生大豆开花时间调控基因SNP和InDel变异

 

参考文献

Li Y, Zhou G, Ma J, Li R#, et al. De novo assembly of soybean wild relatives for pan-genome analysis of diversity and agronomic traits [J]. Nat Biotechnol. 2014, Epub ahead of print.

http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.2979.html